Система управления шаговым двигателем

При запирании транзистора Q1  из-за наличие индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которое может привести к выходу из строя транзистора, для этого включаем параллельно диод D1 для отвода инверсных. Конденсатор включаем параллельно резистору R2:2, который является электрическим демпфером. Способ демпфирования колебания ротора заключается в переводе кинематической энергии в тепловую. Если колеблется ротор, содержащий постоянный магнит, то в обмотке возникает ЭДС индукции. Когда цепь разомкнута и подключено большое сопротивление, это ЭДС не приводит к появлению значительного тока.

Такую же схемную основу содержат остальные три фазы.

 

 

 

6. Выбор элементной базы.

Для реализации устройства было решено использовать элементы для поверхностного монтажа. Так как использование этих элементов позволяет максимально уменьшить массогабаритные показатели.

В качестве оптронов  U1- U4 выбираем оптроны фирмы COSMO KPC357NT из-за того, что их корпуса MICRO6 – корпуса для поверхностного монтажа, а это редкость для оптронов. У них достаточное пробивное напряжение изоляции 3750В<1000В необходимое.

Для генератора тактовой частоты была выбрана микросхемы 74HC04 для уменьшения габаритов конструкции.

Коммутатор реализован на микросхемах PLD фирмы ALTERA, которая была выбрана из следующих соображений: после создания проекта в программе P-CAD, стало ясно какие элементы нужно использовать этой схеме. По известному количеству вентилей после компилации проекта эта программа сама предложила использовать микросхему этого семейства, но более быструю и более ёмкую. После детального анализа полученного проекта и конфигурирования настроек компилятора стало возможным использование данной микросхемы. Удобство этой микросхемы заключается и в том, что она совместима по логическим уровням с пяти вольтовой и с трёх вольтовой логикой. Блок ПКЧ может быть реализован с помощью простого шести-разрядного преобразователя.

Транзисторы VT1, VT2, VT3, VT4 планарные 2N3227, выбраны из-за малых габаритов и достаточно большой рассеиваемой мощности (ток коллектора 2А). Они выбраны с большим запасом, т. к. менее мощные транзисторы стоят столько же, а габариты те же.

Защитные диоды D8, D9, D10, D7 – диоды IN3040. Они выбраны по массогабаритным соображениям.

Выпрямительные сборки D8-D10 – это те же IN3040.

 Q1, Q2, Q3, Q4 – силовые транзисторы 2N2018 фирмы IRF. Эти транзисторы выбраны в соответствии с работой коллектора.

R2:2, R2:1 – проволочный резистор на 6,5Вт.

R1:1, R1:2, R1:3, R1:4 – МЛТ 2Вт.

 

Все не описанные резисторы и конденсаторы в схеме – планарные типоразмером 0805.

 

7. Расчёт основных узлов.

 

7.1. Выбор элементов тактового генератора.

Схема генератора DD1 обеспечивает частоту 2кГц и подает её на ЗТИ. В соответствии с этим были выбраны С5, R24, R25, R26, D12, D13.

Схема DD2 генератор обеспечивает частоту 4МГц и подает её на ПКЧ. В соответствии с этим были выбраны С4, R21, R22, R23, D5, D11.

 

 

7.2. Расчёт  коммутатора.

Фазовый ток ШД равен 2.65А.

Резисторы R1 и R2 токоограничивающие, следовательно:

R2:2=R2:1=U/I=27/(2.8-2)=200(Ом).

R1:1, R1:2, R1:3, R1:4 резисторы токоотводящие (защитные)

R1:1=U/I1=50/0.5=100(Ом), где U напряжение на транзисторе Q1, а I1 ток идущий на транзистор VT1.

 

7.4. Выбор резисторов и конденсаторов.

Резисторы , R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18 диоды D7, D8, D9, D10 выбраны в соответствии с типовой схемой.

 

7.5. Остальные узлы.

Узел XP1 в рамках данной работы не рассматриваются (т. к. они устанавливаются не на плате, а на корпусе устройства), а на схеме приведены для наглядности и понятности её.

 

8. Результаты моделирования тактового генератора.

Так как для реализации ГТИ была схема построенная на элементах И-НЕ, то для проектирования и моделирования можно использовать программу MICRO-CAP. Составим макро модель ГТИ.

 

 

 

 

 

 

Выполним моделирование получившейся модели. Про анализируем переходной процесс в режиме  Transient Analysis.

 

График показал отношение потенциала на выходе V(out1) к времени T. Получились импульсы.

Далее производим анализ частотных характеристик. По оси ординат откладываем в первом случае модуль напряжения в децибелах, во втором- фазу напряжения в градусах.

Производим анализ передаточных функций по току. Сначала от источников напряжения и тока.

 

 

 

 

 

 

 

                   9. Разработка печатной платы.

Печатная плата разрабатывалась при помощи пакета прикладных программ сквозного проектирования электронных устройств P-CAD. Расположение элементов на печатной плате таково, что низковольтная часть отделена от высоковольтной гальваническими развязкам и границей раздела шириной 5мм (в этом промежутки была запрещена трассировка проводников). Разъемы надеваются на плату с торца. Силовые транзисторы расположены таким образом, чтобы было удобно прикрутит их на радиатор при необходимости. Все элементы расположены на верхнем слое поверхностным монтажом. Все отверстия на плате переходные диаметром 0.5мм.

 

Список литературы.

 

1. Москаленко В.В.

Автоматизированный электропривод. –М.: энергоатомиздат, 1986.

2. Кенио Т.

Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы    управления. - М.: энергоатомиздат, 1987.

3. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/М. И. Богданович, И. Н. Грель, С. А. Дубина, и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Беларусь, Полымя. 1996. – 605с.
4. Терехов В.М. элементы автоматизированного электропривода -М.: энергоатомиздат, 1987
5. Кауфман М., сидман А.Г. практическое руководство по расчетам схем  в электронике.: справочник. В 2-х т - М.: энергоатомиздат, 1991.

 

 

Приложение 1.

        БПТР- блок (цифровой) плавного разгона  и торможения;

ПКЧ- преобразователь «Код-частота»;

РИ- распределитель импульсов;

СГР- оптронная схема гальванической развязки;

К- коммутатор;

ШД- четырехфазный шаговый двигатель;

ЗТИ- задатчик темпа интегрирования.